[發(fā)明專利]高深寬比溝槽隔離區(qū)的填充方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910201730.7
• 申請(qǐng)日: 2009-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN102054736A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉繼全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/762
• 分類號(hào): H01L21/762
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 戴廣志

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路的制造工藝方法，特別是涉及一種高深寬比溝槽隔離區(qū)的填充方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體集成電路的制造工藝中，通常需要采用一定的技術(shù)手段把兩個(gè)器件或組件隔離開來，以防止產(chǎn)生不期望的電耦合。

淺槽隔離是一種常見的隔離方法。淺槽隔離一般包含以下步驟：首先在硅片上形成溝槽，再用化學(xué)氣相沉積方法在溝槽內(nèi)淀積絕緣層，最后用化學(xué)機(jī)械研磨的方法使絕緣層平坦化。

隨著半導(dǎo)體器件尺寸的減小、元器件密度的增加，淺槽隔離區(qū)的寬度也變得越來越小。但是由于器件隔離的需要，淺槽隔離區(qū)的深度不能減小太多甚至還要增加，這就導(dǎo)致了淺槽隔離區(qū)的深寬比變得越來越大。深寬比是指溝槽的深度和寬度之比。大于或等于3的深寬比一般被認(rèn)為是高深寬比。

對(duì)化學(xué)氣相沉積而言，溝槽填充效果跟深寬比關(guān)系非常大。對(duì)于高深寬比的溝槽，即使是階梯覆蓋能力很好的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積，在溝槽內(nèi)仍有可能有孔隙或接縫，這是由于絕緣膜在溝槽側(cè)壁上的不均勻生長(zhǎng)所造成的。距離溝槽頂部越遠(yuǎn)，溝槽側(cè)壁生長(zhǎng)越慢。溝槽的深寬比越高，溝槽側(cè)壁的頂部和底部的生長(zhǎng)速率的差異越大。所以溝槽的深寬比越大，溝槽內(nèi)部越容易產(chǎn)生孔隙或接縫(參見圖1，其中的標(biāo)號(hào)3表示絕緣層)，并且這些孔隙和接縫一般都位于溝槽的上方。在化學(xué)氣相沉積填充溝槽后，一般會(huì)用化學(xué)機(jī)械研磨方法使其平坦化，位于溝槽頂部的空隙和接縫有可能會(huì)被研磨出來，對(duì)后續(xù)的工藝造成不良影響。溝槽中孔隙和接縫的存在還會(huì)導(dǎo)致溝槽隔離性能的下降，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致短路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高深寬比溝槽隔離區(qū)的填充方法，使填充后的溝槽隔離區(qū)內(nèi)不產(chǎn)生孔隙和接縫，溝槽隔離區(qū)具有良好的隔離性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的高深寬比溝槽隔離區(qū)的填充方法是：在硅基片或硅外延層上形成溝槽；在所述溝槽表面依次形成氧化層、氮化層；用選擇性刻蝕去除溝槽底部的氮化層和氧化層，暴露出溝槽底部的硅；用選擇性硅外延工藝方法在溝槽底部生長(zhǎng)一定厚度的硅外延層；對(duì)所述硅外延層進(jìn)行高溫氧化，使其轉(zhuǎn)化為氧化硅層；在所述氧化硅層上沉積絕緣層。

采用本發(fā)明的方法，由于硅外延層的生長(zhǎng)及高溫氧化，使溝槽底部已經(jīng)生長(zhǎng)了一層絕緣層，此時(shí)溝槽的深寬比已經(jīng)比最初的深寬比有一定的下降，因此，再用常規(guī)的絕緣層沉積方法進(jìn)行沉積絕緣層，就可以獲得比較好的填充效果。對(duì)所述硅外延層的厚度和絕延層沉積工藝進(jìn)行優(yōu)化，就能夠獲得沒有孔隙和接縫的溝槽隔離區(qū)，使高深寬比的溝槽隔離區(qū)具有良好的隔離性能，滿足后續(xù)工藝的需要。

附圖說明

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

圖1是采用現(xiàn)有的方法填充高深寬比溝槽后產(chǎn)生的孔隙示意圖；

圖2是本發(fā)明的方法一實(shí)施例溝槽刻蝕示意圖；

圖3是本發(fā)明的方法一實(shí)施例氧化層和氮化層生長(zhǎng)示意圖；

圖4是本發(fā)明的方法一實(shí)施例去除溝槽底部氮化層和氧化層示意圖；

圖5是本發(fā)明的方法一實(shí)施例選擇性外延生長(zhǎng)示意圖；

圖6是本發(fā)明的方法一實(shí)施例硅外延層氧化示意圖。

圖7是本發(fā)明的方法一實(shí)施例絕緣層淀積示意圖。

具體實(shí)施方式

隨后利用選擇性外延的生長(zhǎng)方法，在溝槽底部生長(zhǎng)硅外延層，溝槽側(cè)壁和頂部不生長(zhǎng)外延層。然后對(duì)外延層進(jìn)行高溫?zé)嵫趸蛊滢D(zhuǎn)化為絕緣層。

對(duì)于高深寬比的溝槽隔離區(qū)，為了獲得良好的填充效果，通常的方法是改善絕緣隔離層的淀積工藝，使其具有好的階梯覆蓋能力。然而，由于設(shè)備或技術(shù)本身的限制，使絕緣層的階梯覆蓋能力受到一定的限制，當(dāng)溝槽的深寬比達(dá)到一定程度時(shí)，只對(duì)絕緣層淀積的工藝進(jìn)行改進(jìn)未必能達(dá)到良好的效果。為此本發(fā)明提出了一種新的工藝方法，從溝槽隔離區(qū)的整個(gè)形成工藝來考慮，降低絕緣層沉積時(shí)溝槽的深寬比，但最終的溝槽隔離區(qū)的深寬比不變。

本發(fā)明所述的高深寬比溝槽是指溝槽的深度和寬度之比大于或等于3，下面僅以深度為1.5μm，寬度為0.5μm的溝槽填充為實(shí)施例具體說明填充高深寬比溝槽的過程及方法。

步驟一、參見圖2所示，在硅片1上(或者在硅外延層上)采用干法刻蝕或濕法刻蝕形成深度為1.5μm，寬度為0.5μm的溝槽2。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述溝槽的深度為0.5μm～15μm。